Um mini universo fractal pode estar dentro de buracos negros carregados (se existirem)

Os buracos negros são talvez os objetos mais estranhos e menos compreendidos em nosso universo. Com tanto potencial - estando ligados a tudo, desde buracos de minhoca a novos universos bebês - eles atraíram físicos por décadas. 

Mas por mais estranhos que esses objetos conhecidos sejam, até mesmo tipos mais estranhos de buracos negros poderiam ser imaginados. Em uma versão hipotética do universo de cabeça para baixo, poderia existir um tipo bizarro de buraco negro que é mais estranho do que um esboço de MC Escher. Agora, uma equipe de pesquisadores mergulhou no coração matemático dos chamados buracos negros carregados e encontrou uma série de surpresas, incluindo um inferno de espaço-tempo e uma paisagem fractal exótica ... e potencialmente mais.

Bem-vindo a um supercondutor holográfico

Existem todos os tipos de buracos negros potenciais e hipotéticos: aqueles com ou sem carga elétrica, os giratórios ou estacionários, os cercados por matéria ou os flutuantes no espaço vazio. Sabe-se que alguns desses buracos negros hipotéticos existem em nosso universo; por exemplo, o buraco negro giratório cercado por matéria em queda é uma presença bastante comum. Até tiramos uma foto de um.

Mas alguns outros tipos de buracos negros são puramente teóricos. Mesmo assim, os físicos ainda estão interessados ​​em explorá-los - mergulhando em seus fundamentos matemáticos, podemos perceber novas relações e implicações de nossas teorias físicas, que podem ter consequências no mundo real. 

Um desses buracos negros teóricos é um buraco negro eletricamente carregado cercado por um certo tipo de espaço conhecido como anti-de Sitter. Sem entrar em detalhes, este tipo de espaço tem curvatura geométrica negativa constante, como uma sela de cavalo, que sabemos não é uma boa descrição do nosso universo. (Um cosmos com espaço anti-de Sitter, todo o resto sendo o mesmo, teria uma constante cosmológica negativa, o que significa que qualquer matéria tenderia a se condensar em um buraco negro, contra a conhecida expansão acelerada que está separando o Universo. 

Este espaço de sela de cavalo não existe em nosso universo, mas tudo bem: esses buracos negros exóticos ainda têm estruturas surpreendentemente intrincadas que valem a pena explorar.

Um dos motivos pelos quais vale a pena explorar é que os buracos negros carregados compartilham muitas semelhanças com os buracos negros em rotação, que certamente existem em nosso universo, mas os buracos negros carregados são matematicamente mais simples de lidar. Portanto, ao estudar os buracos negros carregados, podemos obter alguns insights sobre os buracos negros rotativos do mundo real. 

Além disso, os físicos descobriram que quando esses buracos negros se tornam relativamente frios, eles criam uma "névoa" de campos quânticos ao redor de suas superfícies. Essa névoa adere à superfície, puxada para dentro pela gravidade inesgotável do próprio buraco negro, mas empurrada para fora pela repulsão elétrica do mesmo buraco negro. Uma névoa de campos quânticos operando em estabilidade em uma superfície também é conhecida como supercondutor. Os supercondutores têm aplicações no mundo real (ou seja, podem transmitir corrente elétrica sem resistência), portanto, ver como os supercondutores atuam nesses cenários exóticos nos ajuda a entender suas estruturas matemáticas, o que pode levar a novos insights com aplicações reais. 

Em um estudo publicado em 28 de agosto no banco de dados de pré-impressão arXiv, uma equipe de pesquisadores usou recentemente a linguagem da supercondutividade para descobrir o que está mais abaixo da superfície desses buracos negros hipotéticos.

Vamos mergulhar.

O quase-buraco de minhoca

Buracos negros carregados "normais" - aqueles rodeados por um típico espaço-tempo de jardim variado que você pode encontrar em nosso universo - têm algumas peculiaridades em seu interior. Em primeiro lugar, além do horizonte de eventos (a fronteira de cada buraco negro, onde uma vez que você cai, não pode sair) está algo chamado horizonte interno, uma região de energias quânticas intensas. Além disso, há um buraco de minhoca, uma ponte para um buraco branco em alguma outra seção solitária do universo (pelo menos, de acordo com a matemática). 

Devo observar aqui que não sabemos realmente se buracos de minhoca como esse existem na vida real, porque a matemática dos buracos negros carregados se quebra no horizonte interno e nada mais pode ser aprendido até que desenvolvamos uma nova física. Felizmente, os buracos negros carregados cercados por espaço anti-de Sitter, que por agora chamaremos de buracos negros supercondutores, evitam esse problema.

A boa notícia é que o horizonte interno de um buraco negro supercondutor se quebra, permitindo que você navegue suavemente por ele sem ficar espaguete como faria em um buraco negro normal e estacionário. A má notícia é que a ponte do buraco de minhoca dentro de um buraco negro supercondutor também se destrói, então você não consegue se transportar para estrelas distantes.

Mas isso não significa que nada de interessante aconteça com você. Logo depois do que seria o horizonte interno, o interior de um buraco negro supercondutor fica um pouco espumoso.

Normalmente, as partículas em supercondutores da vida real podem oscilar, suportando ondas que se movem para frente e para trás em um efeito conhecido como Oscilações Josephson. E bem no fundo desses buracos negros, o próprio espaço vibra para frente e para trás. Se você cair fisicamente em uma dessas feras, terá uma jornada acidentada.

Um universo estranho

Mas, uma vez que você passou pela vibração do espaço-tempo, o que vem a seguir é verdadeiramente mistificador. Os pesquisadores descobriram que as regiões mais internas de um buraco negro supercondutor podem apresentar um universo em expansão em miniatura grotesca, um lugar onde o espaço pode se esticar e se deformar em taxas diferentes em direções diferentes.

Além do mais, dependendo da temperatura do buraco negro, algumas dessas regiões do espaço podem desencadear uma nova rodada de vibrações, que então criam um novo patch de expansão do espaço, que dispara uma nova rodada de vibrações, que então criam um novo patch de expandir o espaço, e assim por diante, em escalas cada vez menores.

Seria um mini universo fractal, repetindo-se infinitamente de escalas grandes a pequenas. É absolutamente impossível descrever como seria atravessar tal paisagem, mas certamente seria estranho.

No centro desse estranho fractal, a bagunça caótica é a singularidade: o ponto de densidade infinita, o lugar onde reside cada pedaço de matéria que já caiu no buraco negro.

Infelizmente, mesmo com suas técnicas matemáticas supercondutoras supercarregadas, os pesquisadores não conseguem descrever o que acontece na singularidade. Toda a física conhecida se desintegra, exigindo novas teorias da gravidade para uma descrição completa. 

Quem sabe o que você encontrará no centro de um buraco negro supercondutor, mas pelo menos você gostará de descer.

Originalmente publicado na Live Science.